Montagem da Unidade de Processo

O simulador de processos SuperPro Designer 6.0®, consiste de um conjunto de ferramentas capazes de estimar parâmetros econômicos e de processo, realizar balanços de massa e energia, determinar o tamanho de equipamentos, analisar o tempo de ciclo do processamento em sistema contínuo e efetuar cálculos para análise econômica, entre outros cálculos para processos integrados.

Utilizando as ferramentas disponíveis no simulador SuperPro Designer® e de acordo com o fluxograma proposto, foi montado o modelo do processo SFE que englobou as etapas de extração, separação, recuperação de extrato e reciclo de solvente e co-

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solvente de um equipamento SFE contendo dois extratores trabalhando em um processo semi-contínuo, conforme pode ser observado na Figura 3.3.

Apesar de o simulador possuir uma enorme quantidade de equipamentos ligados a indústria química disponíveis em seu banco de dados, não é possível encontramos entre eles o extrator supercrítico, por se tratar de uma tecnologia recente em comparação com os processos convencionais de extração e ainda não totalmente desvendado sendo portanto, difícil de criar um modelo matemático capaz de predizer com eficiência o comportamento da extração em diferentes matrizes vegetais.

3.5.2.1. Equipamentos Utilizados

Grande parte dos equipamentos necessários para se montar o processo supercrítico estava disponível no banco de dados do simulador, sendo necessário apenas a criação dos equipamentos de extração supercrítica (E-1, E-2) que foram representados por um tanque de estocagem adicionado das seguintes operações unitárias: (i)aquecimento, (ii) pressurização e (iii) extração,de forma a representar a etapa de extração.

Os demais equipamentos utilizados foram: bombas (B-1 e B-2), trocador de calor (R-1), tanques de armazenamento de CO2(T-1) e co-solvente (T-2), misturadores (M-1 e M-2), separador de corrente (S-1), tanque flash, compressor (C-1) e evaporador (D-1), TR-1 e TR-2 são os veículos responsáveis pelo transporte da matéria-prima (Figura 3.3).

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Figura 3.3.Fluxograma do modelo SFE implementado no simulador SuperPro Designer®; onde E-1 e E-2 representam a unidade de processo SFE.

33 3.5.2.1.1. Montagem do Extrator Supercrítico

Os extratores supercríticos (E-1 e E-2) apresentados na Figura 3.3 foram montados utilizando como base um equipamento de estocagem padrão encontrado na opção de base de dados de equipamentos, fornecido pelo simulador. Neste equipamento foram adicionadas as operações unitárias (Figura 3.4) que aparecem no processo supercrítico como descrito no item 3.2.2.1.

Figura 3.4. Operações unitárias envolvidas no extrator supercrítico criado no simulador SuperPro Designer®

As operações PULL-IN, TRANSFER-IN e TRANSFER-OUT, foram utilizadas respectivamente para representar entrada de matéria prima, entrada de CO2 e saída do resíduo do extrator após finalizada a extração.

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Os parâmetros temperatura, pressão e a duração do processo de extração foram ajustados de acordo com a matéria-prima estudada.

Na etapa de extração, para efeito do balanço de massa realizado pelo simulador, foi considerado que todo o CO2 que entra no extrator arrasta consigo toda a quantidade de oleoresina e voláteis fornecidos como dado de entrada no ato da criação da matéria prima no simulador, sendo que os outros compostos como água, cinzas, proteínas e carboidratos não foram considerados voláteis durante a extração.

3.5.2.2. Implementação das correntes

Estando todos os equipamentos distribuídos em ordem de utilização, foram inseridas as correntes de entrada e saída de cada equipamento conforme mostrado na Figura 3.3.

O modelo utilizado para realizar simulações de estimativa de custo e aumento de escala representa um sistema que se utiliza de reciclo tanto de solvente supercrítico quanto dos co-solventes utilizados no processo, portanto as correntes F-24 (solvente) e F- 25 (co-solvente) representam a reposição do que é perdido durante cada ciclo do processo.

Seguindo a ordem do modelo, as correntes F-1, F-3 e F-4 representam o CO2 de início do processo, CO2 refrigerado e CO2 refrigerado e pressurizado, respectivamente. As correntes F-2 e F-5 são o co-solvente em seu estado inicial após a pressurização. Seguindo o processo, a corrente F-6 sai do misturador, sendo formada de solvente e co- solvente na proporção que se deseja estudar o processo, F-8 e F-13 são as correntes de

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alimentação dos extratores e F-9, F-10, F-14 e F-15 as correntes de matéria-prima. Após a extração, F-11 e F-16 representam os resíduos resultantes da extração e as correntes F-12 e F-17 contém os compostos extraídos, o solvente e o co-solvente utilizados durante o processo. Neste ponto as correntes voltam a se encontrar na linha de alimentação do tanque flash, onde serão divididas em F-19 (CO2) e F-20 (co-solvente + extrato). A corrente F-20 ainda passa por um último processo, sendo dividida nas correntes contendo o extrato puro (F-22) e a corrente contendo o co-solvente que será re-circulado (F-23), enquanto que F-19 é comprimida, voltando ao processo na forma da corrente F-21.

3.5.2.3. Inserção dos Compostos Puros e Misturas no Simulador

Após a montagem do processo SFE foi necessário cadastrar as substâncias utilizadas no trabalho. O leito empacotado foi considerado a mistura extrato + sólido inerte.

Muitas das substâncias utilizadas neste trabalho não estavam cadastradas no banco de dados do SuperPro Designer®, o simulador requer diversas informações a respeito das substancias a serem cadastradas. Dentre informações requeridas estão as constantes físicas independentes como pode ser visto na Figura 3.5a, e as constantes físicas dependentes da temperatura mostradas na Figura 3.5b. O cálculo das constantes físicas independentes e dependentes relativo a uma substância pura foi relatado por Takeushi et al. (2006) e Leal et al. (2006).

Posteriormente para a formação do extrato foram utilizando as substâncias mais representativas presentes no extrato de cada matéria-prima e foi utilizada a regra de Kays (
 ∑
_  _ ) para calcular as propriedades termofísicas independentes dos extratos

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de cúrcuma e de alecrim-primenta, exceto a pressão crítica que foi cálculada segundo a regra de Prausnitz – Gunn (Poling et al., 2000).

As demais substâncias utilizadas neste trabalho, no caso, CO2, etanol e isopropanol estavam previamente cadastradas no simulador, portanto não foi necessária a repetição desta etapa nestes casos.

Figura 3.5a. Propriedades físicas independentes Figura 3.5b. Propriedades físicas dependentes